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DE102021103430A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Filtrieren von Bier - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Filtrieren von Bier Download PDF

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DE102021103430A1
DE102021103430A1 DE102021103430.2A DE102021103430A DE102021103430A1 DE 102021103430 A1 DE102021103430 A1 DE 102021103430A1 DE 102021103430 A DE102021103430 A DE 102021103430A DE 102021103430 A1 DE102021103430 A1 DE 102021103430A1
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Germany
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unfiltrate
membrane filter
buffer tank
line
sediment
Prior art date
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DE102021103430.2A
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Knut Stelle
Jörg Zacharias
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Krones AG
Original Assignee
Krones AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Filtrieren von Bier mit mindestens einem Membranfilter, insbesondere mindestens einer Membranfiltereinheit mit mehreren Modulen, zur Crossflow Filtration und einem Unfiltratpuffertank, wobei Unfiltrat durch den Unfiltratpuffertank und den mindestens einen Membranfilter im Kreislauf geführt werden kann, der Unfiltratpuffertank an seinem unteren Ende einen unteren Ablauf und einen darüber liegenden oberen, insbesondere seitlichen Ablauf aufweist, wobei der obere, insbesondere seitliche Ablauf des Unfiltratpuffertanks über eine Unfiltratleitung mit dem mindestens einen Membranfilter verbunden ist, über die Unfiltrat zu dem mindestens einem Membranfilter geleitet werden kann dadurch gekennzeichnet, dass vom unteren Ablauf des Unfiltratpuffertanks über eine Dosiereinrichtung dem Unfiltrat Sediment zudosiert werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Filtrieren von Bier sowie ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9.
  • Bei der Herstellung von Bier wird nach der Gärung/Reifung das Bier filtriert, um Hefe und Trübungspartikel aus dem Bier zu entfernen. Falls vor der Filtration eine Stabilisierung des Bieres (z. B. mitXerogel oder PVPP) stattgefunden hat, so müssen auch diese Stoffe entfernt werden. Die Membranfiltration von Bier ist seit einigen Jahren eine zunehmend akzeptierte Technologie. Als Membran kommen verschiedene Werkstoffe zum Einsatz, beispielsweise Kunststoffhohlfasern oder keramische Filterkerzen mit Mikrofiltrationsporen. Dabei kommt insbesondere die Crossflow-Methode zum Einsatz, bei der das unfiltrierte Bier, das heißt das Unfiltrat (UF), im Kreislauf durch den Membranfilter geleitet wird und das Filtrat aus dem Membranfilter abgezogen wird. Das Unfiltrat wird dabei entlang der Membran geführt, wobei das Filtrat senkrecht dazu austritt. Dabei konzentriert sich die Unfiltratseite (Retentatseite) zwangsläufig auf. Das heißt, dass die Hefekonzentration, sowie die Konzentration der übrigen rückgehaltenen Bestandteile (Mischungen aus verschiedenen Proteinen, Bitterstoffen und Polysacchariden, sowie gegebenenfalls Stabilisierungsmitteln, etc.), mit der Zeit im Unfiltratkreislauf, das heißt, im Konzentrat ansteigt. Ein Membranfilter umfasst z.B. mehrere Module, d.h. Filtermodule. Unter Modul versteht man ein Gehäuse, in dem die Membran(en) angeordnet sind, und das einen Unfiltratzulauf, einen Filtratablauf sowie einen Konzentratablauf aufweist. Dabei ist es insbesondere auch möglich, dass mehrere Module zu Membranfiltereinheiten (ME) zusammengefasst sind, die parallel betrieben werden können. Jede Membranfiltereinheit weist dabei eine Rücklaufleitung auf, über die das Konzentrat der Module als Unfiltrat erneut den Modulen zur Filtration rückgeführt wird und einer Konzentratsammelleitung rückgeführt werden kann um das Konzentrat in den Unfiltratpuffertank zurück zu leiten.
  • In dem zuvor genannten Kreislauf ist ein Unfiltratpuffertank vorgesehen, über den dem Membranfilter das Unfiltrat zugeführt wird. Das Unfiltrat sedimentiert im Unfiltratpuffertank. Wie zuvor erklärt, konzentriert der Membranfilter das Unfiltrat (und damit die enthaltene Partikelfracht) auf, über eine zum Unfiltratpuffertank führende Konzentratsammelleitung kann ein Teil des Unfiltrats, als Konzentrat, dem Unfiltratpuffertank zurückgeführt werden. Ein Unfiltratpuffertank kann eine seitliche und eine untere Auslauföffnung aufweisen. Aus dem seitlichen Ablauf des Unfiltratpuffertanks hat das Unfiltrat zu Beginn der Filtration eine geringe Partikelfracht/Konzentration (die der Konzentration des Bieres, das vom Lagerkeller gefördert wird, entspricht).
  • Die Partikel, zum Beispiel Hefe, können von Prozessbeginn (der Prozessbeginn umfasst auch die Befüllung des Unfiltratpuffertanks) an und im Laufe der Filtrations(dauer) im Unfiltratpuffertank sedimentieren und lagern sich im unteren Bereich des Unfiltratpuffertanks ab. Somit weist der untere Bereich des Tanks eine erhöhte Partikelfracht/Konzentration auf, insbesondere wenn die Partikelfracht/Konzentration im Laufe der Zeit durch den Membranfilter erhöht wird, weil Unfiltrat, das heißt Konzentrat des Membranfilters zurück in den Unfiltratpuffertank geleitet wird. Somit bekommt der Filter entweder eine kontinuierlich größer werdende Partikelfracht, was bedeutet, dass spätere Filtrationszyklen mit einer höheren Konzentration starten oder die Filter erhalten eine schlagartig große Partikelfracht, wenn vom seitlichen zum unteren Auslauf gewechselt wird. Es ist insbesondere kritisch, wenn der Membranfilter abrupt über den unteren Ablauf beschickt wird. Entsprechendes ist auch deshalb nachteilig, da sich der Transmembrandruck dann sehr stark erhöht.
  • Bei Überschreiten eines bestimmten / maximalen Transmembrandruckes (TMD) muss die Filtration einer Membranfiltereinheit, die mehrere Module zur Crossflow Filtration aufweist, durch Produktionsmaßnahmen (Maßnahmen sind zum Beispiel ein Rückspülen mit Bier bzw. Wasser oder eine Reduzierung des Filtrationsflusses) unterbrochen oder durch eine Reinigung beendet werden. Zum einen darf ein bestimmter TMD (Transmembrandruck) nicht überschritten werden, da ansonsten die Membrane Schaden nehmen kann und zum anderen die Filtrationsleistung mit zunehmenden TMD sinkt.
  • Ein Filtrationszyklus beginnt mit dem Zuleiten des Unfiltrats in die Filtrationseinheit und endet z.B. bei Erreichen eines maximalen Transmembrandrucks oder nach einer bestimmten Zeit. Unter einem Filtrationszyklus versteht man in dieser Anmeldung den Zeitraum von etwa 1 Stunde bis 6 Stunden.
  • Unter einer Zyklusreihe versteht man mehrere, ungefähr vier bis acht Filtrationszyklen. Die reine Filtrationsdauer einer Zyklusreihe beträgt etwa 20 bis 30 Stunden.
  • Ein Filtrationszyklus ist zum Beispiel beendet, wenn der maximale Transmembrandruck aufgrund des „Membran Foulings“ (= Verblockung der Membran durch Unfiltratbestandteile) erreicht ist. Die Membrane kann durch eine kurze („einfache“, welche beispielhaft eine bis zwei Stunden dauert), meist lediglich alkalische Behandlung (eine sogenannte „Regeneration“) wieder geklärt werden, da ein Großteil des „Membran Foulings“ abgetragen werden kann und es folgt der nächste Filtrationszyklus.
  • Werden die Filtrationszyklen zu klein, da die Regeneration nicht mehr ausreichend ist, muss eine lange („intensive“, welche beispielsweise vier bis acht Stunden dauert) Reinigung meist mit verschiedenen Reinigungsmitteln und Reinigungsmittelzusätzen erfolgen, oft erfolgt die alkalische Reinigung dann bei erhöhten Temperaturen, um das „Membran Fouling“ zu beseitigen. Mit dieser langen Reinigung ist die Filtrationszyklusreihe beendet.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Filtrieren von Bier bereitzustellen, die eine Filtration mit einstellbarer, insbesondere möglichst konstanter Partikelfracht des Unfiltrats über mehrere Filtrationszyklen ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Ansprüche 1 und 9 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens einen Membranfilter, insbesondere mindestens eine Membranfiltereinheit mit mehreren Modulen zur Crossflow Filtration auf. Ein Membranfilter kann aber auch nur ein Modul umfassen. Ferner weist die Vorrichtung einen Unfiltratpuffertank auf, wobei Unfiltrat durch den Unfiltratpuffertank und den mindestens einen Membranfilter im Kreislauf geführt werden kann. Unter Konzentratsammelleitung versteht man die Leitung, über die Konzentrat aus dem mindestens einen Membranfilter zum Unfiltratpuffertank rückgeleitet wird.
  • Der Unfiltratpuffertank weist an seinem unteren Ende einen Ablauf auf, sowie einen darüber liegenden oberen, insbesondere seitlichen Ablauf. Der untere Ablauf kann beispielsweise am untersten Punkt des Unfiltratpuffertanks angeordnet sein. Die Erfindung ist nicht auf einen unteren Ablauf beschränkt und kann auch einen weiteren Ablauf (zum Beispiel einen Tankauslaufstutzen, wie nachfolgend noch näher erläutert wird) aufweisen, wobei die beiden Abläufe dann in eine gemeinsame Leitung münden können. Der Ausdruck oberer Ablauf ist im Sinne von mindestens einem oberen Ablauf zu verstehen.
  • Der darüber liegende Ablauf ist in einem oberen Bereich des Unfiltratpuffertanks angeordnet und erstreckt sich vorzugsweise von der Seitenwandung, d.h. Zarge aus. Dabei ist es alternativ auch möglich, dass sich der obere Ablauf in einem Deckel oder Konus befindet und beispielsweise eine Rohrleitung umfasst, die in den oberen Bereich des Unfiltratpuffertanks ragt, um mit seiner Öffnung an der entsprechenden Höhe im oberen Bereich Unfiltrat abzuziehen. Eine solche Rohrleitung kann sich auch von der Zarge des Tanks aus in den oberen Bereich des Tanks erstrecken, um dort Unfiltrat abzuziehen.
  • Unter oberen Bereich versteht man hier beispielsweise die obere Hälfte eines Unfiltratpuffertanks. Der obere, insbesondere, seitliche Ablauf des Unfiltratpuffertanks ist über eine Unfiltratleitung mit mindestens einem Membranfilter verbunden. Über die Unfiltratleitung kann Unfiltrat zu dem mindestens einem Membranfilter geleitet werden. Der Unfiltratpuffertank ist zum Beispiel mit einem Ventil, z.B. Doppelsitzventil, wenn geöffnet, mit der Unfiltratleitung verbunden.
  • Sediment kann über den unteren Ablauf des Unfiltratpuffertanks über eine Dosiereinrichtung dem Unfiltrat zudosiert werden. Dadurch, dass das Sediment aus dem unteren Bereich des Unfiltratpuffertanks dem aus einem oberen Bereich abgezogenen Unfiltrat zudosiert werden kann, kann die Partikelfracht, das heißt, der Feststoff pro Volumen Flüssigkeit in einem gewünschten Bereich eingestellt werden. Gibt es mehrere Membranfilter, d.h. Membranfiltereinheiten, können diese zu unterschiedlichen Zeitpunkten gestartet werden. Dann ist es möglich, dass die Membranfilter unabhängig vom Startzeitpunkt der Filtration eine Partikelfracht in einem gleichen Bereich aufweisen können. Diese Partikelfracht kann also insbesondere im Wesentlichen konstant gehalten werden, was sich sehr positiv auf den Filtrationsverlauf auswirkt. Es kann verhindert werden, dass sich im Laufe der Filtrationszeit größer werdende Mengen von Sediment im unteren Bereich des Unfiltratpuffertanks ansammeln. Z.B. kann auch beim Entleeren des Unfiltratpuffertanks eine schlagartig große Partikelfracht zum Filter hin verhindert werden, da die Möglichkeit besteht, dass die Partikelfracht vor dem Entleeren des Unfiltratpuffertanks, das heißt vor dem Wechsel vom seitlichen zum unteren Ablauf, reduziert werden kann. Die vorherige Reduzierung der Partikelfracht erfolgt durch Dosage von Sediment während der Filtration. Somit kann eine plötzliche starke Transmembrandruckerhöhung verhindert werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Anordnung besteht auch die Möglichkeit, dass am Ende des Filtrationszyklus, das heißt, also vor dem Reinigen, dem Sediment entgastem Wasser zudosiert werden kann, was den Vorteil mit sich bringt, dass man aus dem stark aufkonzentrierten Inhalt im unteren Bereich des Unfiltratpuffertanks noch mehr Bier filtrieren kann und somit die Anlageneffizienz erhöht, bzw. bei Ausschub des Sediments in den Gully, die Bierverluste wesentlich reduziert. Wenn dem Sediment Wasser zugeführt wird, dann ist es möglich, dass die im Prozess zuvor im Sudhaus hergestellte Würze mit einer höheren Stammwürze (Extraktgehalt) gebraut wird.
  • Unter Sediment versteht man in dieser Anmeldung aufkonzentriertes Unfiltrat, das dem unteren Bereich des Unfiltratpuffertanks entnommen wird und das insbesondere eine höhere Partikelfracht hat als ein Unfiltrat, welches über den oberen Ablauf entnommen wird.
  • Vorteilhafterweise ist der untere Ablauf des Unfiltratpuffertanks über eine erste Dosierleitung an einem Dosagepunkt D mit der Unfiltratleitung verbunden, wobei die Dosiereinrichtung in der Dosierleitung angeordnet ist. Diese Anordnung eignet sich besonders gut zum Zudosieren des Sediments während der Filtration.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die mindestens eine Membranfiltereinheit jeweils einen Unfiltratzulauf, einen Filtratablauf und einen Konzentratablauf, der in eine Konzentratsammelleitung mündet, auf. Der untere Ablauf des Unfiltratpuffertanks ist über eine Leitung mit dem Konzentratablauf der jeweils mindestens einer Membranfiltereinheit verbunden. Dann kann das Sediment in der Membranfiltereinheit dem Unfiltrat bzw. beim Ausschieben dem Wasser zugeführt und filtriert werden. Diese Anordnung eignet sich besonders gut zum Zudosieren des Sediments am Ende eines Filtrationszyklus, d.h. also kurz vor der Zwischenreinigung, wenn das Unfiltrat im Membranfilter zum Beispiel mit Wasser ausgeschoben wird.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Dosiereinrichtung eine Pumpe, insbesondere Dosierpumpe, die angesteuert werden kann und einem bestimmten Volumenstrom an Sediment in Richtung Unfiltratleitung zu fördern. Es ist auch möglich, zum Beispiel als Dosiereinrichtung eine Pumpe mit einem Durchflussmesser und/oder ein zusätzliches Regelventil vorzusehen.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung eine Steuerung, über die, die dem Unfiltrat zudosierte Menge/Zeit an Sediment geregelt zudosiert werden kann. Dabei fungiert zum Beispiel ein Messwert als Istwert für die Regelung und wird mit einem eingestellten Sollwert verglichen oder aber es kann zum Beispiel eine vorab empirisch bestimmte Menge/Zeit an Sediment zudosiert werden.
  • Dabei kann die zudosierte Menge/Zeit an Sediment in Abhängigkeit folgender Messwerte zudosiert werden:
    • Trübung und/oder eines dazu proportionalen Wertes des Unfiltrats und/oder des Sediments,
    • Durchfluss, insbesondere des Unfiltrats und/oder des Sediments,
    • Transmembrandruck an mindestens einem der Module der Membranfiltereinheit.
  • Zum Beispiel kann in einfacher Art und Weise eine durchflussabhängige Dosage erfolgen, indem man dem Unfiltrat einen bestimmten Prozentsatz seines Volumens Sediment zudosiert.
  • Die Vorrichtung kann weiter eine Einrichtung zum Messen der Trübung oder eines dazu proportionalen Werts aufweisen. Die Trübung kann beispielsweise optisch gemessen werden, beispielhaft mit einem Durchlichtsensor oder Streulichtsensor, gebräuchlich ist eine 25° oder 90° Trübungsmessung, die Angabe der Trübung kann als EBC-Einheit erfolgen. Die Trübung ist proportional zur Partikelfracht. Es können aber auch andere Werte gemessen werden, die proportional zur Partikelfracht bzw. Trübung sind, wie zum Beispiel die Viskosität, Viskoelastizität, Leitfähigkeit oder Dichte. Die Messung der Trübung ist jedoch einfach und kostengünstig zu bewerkstelligen.
  • Somit kann auf einfache Art und Weise eine gewünschte Partikelfracht eingestellt und gehalten werden.
  • Die Einrichtung zum Messen der Trübung oder eines proportionalen Werts liegt vorzugweise zwischen dem Dosagepunkt D, an dem die Dosierleitung in die Unfiltratleitung mündet und dem mindestens einen Membranfilter. Somit kann die Partikelfracht vor dem mindestens einem Membranfilter gemessen werden.
  • Der untere Bereich des Unfiltratpuffertanks ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er konisch nach unten hin zuläuft, zum Beispiel der Öffnungswinkel des Konus zwischen 60 und 70° beträgt. Der konische Boden erlaubt ein besonders einfaches Abziehen des Sediments. Vorzugsweise kann der obere bzw. seitliche Ablauf in der oberen Hälfte des Unfiltratpuffertanks angeordnet sein. In dieser oberen Hälfte ist sichergestellt, dass sich kein Sediment befindet. Auf jeden Fall sollte sich der obere Ablauf oberhalb des konischen Bereichs befinden.
  • Der untere Ablauf kann einen Tankauslaufstutzen umfassen, in Form eines Ablaufrohrs, das in den Unfiltratpuffertank von unten hineinragt, derart, dass Sediment durch das Ablaufrohr ablaufen kann und/oder durch einem Bereich zwischen dem Ablaufrohr und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank, wobei vorzugsweise über Ventile, insbesondere Regelventile einstellbar ist, ob Sediment durch das Ablaufrohr und/oder den Bereich zwischen dem Ablaufrohr und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank abgeleitet werden soll. Alternativ kann der Bereich zwischen dem Ablaufrohr und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank separat in einer eigenen Leitung zu dem Membranfilter abgeleitet werden.
  • Somit können gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform zwei untere Ausläufe vorhanden sein, wobei der Tankauslaufstutzen welcher in den Unfiltratpuffertank hineinragt für die (vorzugsweise kontinuierliche) Dosierung in die Unfiltratleitung während der Filtration vorgesehen ist und der untere Ablauf für die direkte Einspeisung in den Konzentratablauf des entsprechenden Membranfilters.
  • Wenn in einem vorherigen Prozessschritt das Unfiltrat mit einem mechanisch instabilen Filterhilfs- oder Stabilisierungsmittel stabilisiert wird, kann dadurch die Membrane schneller verblocken, deshalb ist es von Vorteil, wenn sich im Unfiltratpuffertank das Sediment absetzen kann. Durch den Tankauslaufstutzen kann also bei entsprechender Schaltung gewährleitet werden, dass während der Filtration (durchgängig) über den Tankauslaufstutzen Sediment mit geringere Partikelfracht (über die Dosagevorrichtung) dosiert wird und dass Sediment mit höchster Partikelfracht am Schluss eines Filterzyklus dosiert werden kann und so die Membrane während des Filtrationszyklus weniger schnell verblockt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Filtrieren von Bier wird Unfiltrat in Form von Bier aus einem Unfiltratpuffertank mit mindestens einem Membranfilter filtriert und Unfiltrat im Kreislauf dem Unfiltratpuffertank als Konzentrat rückgeführt. Sind mehrere Membranfilter vorgesehen, können diese beispielsweise parallel betrieben werden, wobei das Konzentrat eines jeden Membranfilters zum Beispiel in eine gemeinsame Konzentratsammelleitung geleitet wird und dann in den Unfiltratpuffertank rückgeführt wird. Unfiltrat wird aus dem Unfiltratpuffertank aus einem oberen, insbesondere seitlichen Auslass entnommen und Sediment über einen unteren Ablauf am unteren Ende des Unfiltratpuffertanks entnommen und dem Unfiltrat zumindest zeitweise zudosiert. Durch Zudosieren des Sediments kann die Partikelfracht während der gesamten Filtration definiert eingestellt werden und kann auch konstant in einem bestimmten Bereich gehalten werden.
  • Das Sediment kann insbesondere geregelt zudosiert werden, wobei insbesondere die dosierte Menge /Zeit (das heißt z.B. der Volumenstrom) an Sediment in Abhängigkeit eines Messwerts geregelt werden kann, insbesondere in Abhängigkeit der Trübung oder eines dazu proportionalen Werts des Unfiltrats und/oder des Sediments und/oder in Abhängigkeit des Durchflusses, insbesondere des Unfiltrats und/oder des Sediments und/oder in Abhängigkeit eines Transmembrandrucks an mindestens einem der Module einer Membranfiltereinheit.
  • Der Ausdruck „Trübung bzw. Durchfluss des Unfiltrats oder des Sediments“ bedeutet, dass in Leitungsabschnitten vor der Dosage der entsprechende Wert des Unfiltrats oder des Sediments gemessen wird und auf dieser Grundlage ein gewünschtes Mischverhältnis ermittelt und eingestellt bzw. geregelt werden kann -z.B. kann der Volumenstrom des Unfiltrats vordem Dosierpunkt ermittelt werden und der Volumenstrom des Sediments vor dem Dosagepunkt dann auf einen gewünschten Wert geregelt werden kann- oder umgekehrt.
  • Der Ausdruck „Trübung bzw. Durchfluss des Unfiltrats und Sediments“ bedeutet, dass der entsprechende Wert vor dem Dosagepunkt sowohl für Sediment als auch Unfiltrat gemessen wird oder aber auch in einem Leitungsabschnitt nach dem Dosagepunkt gemessen wird, d.h. an einem Punkt, an dem das Sediment dem Unfiltrat bereits zudosiert wurde. Dann kann z.B. beim Messen der Trübung der Volumenstrom des Sediments derart angepasst werden, dass ein Ist- Wert auf einen Sollwert geregelt werden kann.
  • Es ist auch möglich, dass der Sollwert bei der Regelung während eines Filtrationszyklus nicht konstant ist und beispielsweise so gewählt wird, dass zunächst bei Beginn eines Filtrationszyklus die Partikelfracht zu Beginn mäßig ist, dann in der Mitte des Filtrationszyklus sich etwas erhöht und gegen Ende des Filtrationszyklus abnimmt und sich beim Ausschieben mit Wasser des Sediments aus dem Unfiltratpuffertank wieder erhöht.
  • Das Unfiltrat konzentriert sich also im Unfiltratpuffertank auf und kann reduziert werden, indem aus dem Unfiltratpuffertank, der hier die Funktion eines Sedimentationstanks hat, Sediment zum Unfiltrat zudosiert wird, wie bereits erläutert entweder in die Unfiltratleitung vor dem mindestens einen Membranfilter und/oder in den mindestens einen Membranfilter, insbesondere in den Konzentratablauf des mindestens einen Membranfilters.
  • Am Ende des Filtrationszyklus, z.B. wenn die Membranfilter bzw. die Membranfiltereinheit(en) einen maximalen Transmembrandruck erreicht haben und gereinigt werden müssen, kann Unfiltrat mit Wasser, insbesondere entgastem Wasser, aus dem Membranfilter ausgeschoben werden und dabei dem Wasser Sediment zudosiert werden. Das bedeutet, dass man dem Wasser, mit dem man das Unfiltrat aus den Membranfiltern ausschieben möchte, Sediment zusetzt. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass selbst das stark aufkonzentrierte Sediment im Unfiltratpuffertank noch zur Bierfiltration verwendet werden kann. Beim Ausschieben mit Wasser fällt der Transmembrandruck, zum Beispiel von 1,2 auf 0,8 bar, sodass dann Unfiltrat mit hoher Partikelfracht, das heißt, dass sehr stark aufkonzentrierte Bier, das dem Wasser zugemischt wird, gefiltert werden kann und zwar solange bis der Transmembrandruck wieder auf ein Maximum steigt. Dies steigert die Anlageneffizienz.
  • Insbesondere wird dabei das Sediment vom unteren Ablauf des Unfiltratpuffertanks in einen Konzentratablauf des mindestens einen Membranfilters eingeleitet, d.h. rückwärts eingeleitet und dann in den Unfiltratstrom eingeleitet und filtriert. D.h., dass die Ventile in der Membranfiltereinheit derart geschaltet sind, dass das Konzentrat, das die einzelnen Module verlässt in einer Rücklaufleitung erneut als Unfiltrat den Modulen zugeführt wird und nicht in die Konzentratsammelleitung abgeleitet wird und dann das Sediment und das Wasser ebenfalls als Unfiltrat den einzelnen Modulen zugeführt werden können.
  • Dies ist gleichzeitig oder alternativ zur Zudosierung des Sediments zum Unfiltratstrom am Dosagepunkt D möglich.
  • Während sich mindestens einer von mehreren Membranfiltereinheiten in einem Filtrationszyklus befindet und Unfiltrat aus den Unfiltratpuffertank filtriert, kann mindestens eine andere Membranfiltereinheit derart betrieben werden, dass kontinuierlich Wasser, insbesondere entgastes Wasser, durch diese Membranfiltereinheit geleitet wird und Sediment vom unteren Ablauf des Unfiltratpuffertanks und/oder Hefebier oder Gelägerbier in einen Konzentratablauf der entsprechenden Membranfiltereinheit eingeleitet wird und somit in den Wasserstrom eingeleitet und filtriert wird.
  • Dieser alternative Betriebsmodus kann also nicht nur am Ende eines Filtrationszyklus durchgeführt werden, sondern auch als durchgängiger Filtrationsprozess für mehrere Stunden (zum Beispiel 1 bis 6 Stunden, also kann der Dauer eines Filtrationszyklus entsprechen) für mindestens eine ausgewählte Membranfiltereinheit.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Vorrichtung während einer Filtrationszyklusreihe über ein Zeitintervall t betrieben wird bevor der Tank zum Beispielentleert und die Vorrichtung zum Beispiel gereinigt wird, wobei es während des Zeitintervalls t mehrere aufeinanderfolgende Filtrationszyklen gibt und die Partikelfracht (Feststoff pro Volumen Flüssigkeit), insbesondere Hefekonzentration in Filtrationszyklen derart eingestellt bzw. geregelt wird, dass die maximale Partikelfracht einen Grenzwert nicht überschreitet und im Wesentlichen konstant ist, das bedeutet, dass große Schwankungen vermieden werden können. D.h., dass bei mehreren Filtrationszyklen nacheinander immer von im wesentlichen gleichen Partikelfrachten ausgegangen werden kann.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann in die Leitung, die vom unteren Ablauf des Unfiltratpuffertanks zum Konzentratablauf des jeweiligen mindestens einen Membranfilters führt, zusätzlich ein Anschluss vorgesehen sein, der insbesondere mit einem Tank oder einer anderen Anlage für Hefebier oder Gelägerbier zur Rückgewinnung verbunden ist, wobei das Konzentratregelventil die Dosagefunktion übernimmt. Weiter kann ein Anschluss für Wasser vorgesehen sein, derart, dass zusätzlich zum Unfiltrat oder alternativ zum Unfiltrat Wasser durch den jeweiligen Membranfilter geleitet werden kann.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Unfiltrat in den Unfiltratpuffertank über einen Tangentialeinlass eingeleitet werden.
  • Der Ausdruck oberer Ablauf ist im Sinne von mindestens einem oberen Ablauf zu verstehen über den Unfiltrat aus dem oberen Bereich des Unfiltratpuffertanks abgezogen werden kann.
  • Es können auch mehrere übereinander angeordnete obere Abläufe, d.h. Abläufe auf unterschiedlichen Höhen, vorgesehen sein. Dabei können diese Abläufe dann mit der gemeinsamen Unfiltratleitung verbunden sein wobei eine Ventileinrichtung vorgesehen sein kann über die entweder einer oder mehrere Abläufe mit der Unfiltratleitung verbunden werden können.
  • Gerade bei größeren höheren Tanks wird das wichtig, da der Füllstand unter Umständen schwanken kann. Es können auch mehrerer Zuläufe vorgesehen sein.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Filtrieren von Bier mit mindestens einem Membranfilter, insbesondere mindestens einer Membranfiltereinheit mit mehreren Modulen, zur Crossflow Filtration. Der Membranfilter weist dabei eine Unfiltratleitung zum Zuführen von Unfiltrat auf. Ferner ist der Membranfilter auch mit einer Filtratleitung verbunden zum Ableiten des erzeugten Filtrats und eine Rücklaufleitung für das Konzentrat über die Unfiltrat den Crossflow Filter verlässt und im Kreislauf zurückgeführt werden kann. Ferner weist die Vorrichtung einen Sammeltank auf, der über die Rücklaufleitung für das Konzentrat und die Unfiltratleitung und vorzugsweise zusätzlich über die Filtratleitung mit dem Membranfilter verbunden ist. Es ist vorteilhaft wenn der Sammeltank auch mit der Filtratleitung verbunden ist, da dann z.B. entsprechende Mischphasen aus dem Filter in den Sammeltank geleitet werden können. Insgesamt ermöglicht diese Verschaltung eine größere Prozessfreiheit und steigert die Effizienz. Dabei ist es unerheblich von welcher Stelle aus die Filtratleitung, die Rücklaufleitung und die Unfiltratleitung in den Sammeltank münden.
  • Insbesondere ist auch eine Ventileinrichtung vorgesehen, die derart geschaltet werden kann, dass ein Medium zumindest teilweise oder vollständig über die Filtratleitung und/oder die Rücklaufleitung für Konzentrat in den Sammeltank geleitet werden kann und/oder von dem Sammeltank wieder zum Membranfilter geleitet werden kann, insbesondere in die Unfiltratleitung und/oder Rücklaufleitung für Konzentrat. Somit ist es möglich, Mischphasen, zum Beispiel Bier und Wasser oder Rückspülflüssigkeit wie eine Mischung aus Bier und Wasser, Bier oder Wasser vom Filter in den Sammeltank zu leiten oder aber auch Konzentrat mit einem hohen Feststoffanteil. Entsprechende Medien wurden bislang im Stand der Technik verworfen, können jetzt jedoch wiederverwendet werden. Vorteilhafterweise ist der Sammeltank zusätzlich zu einem Unfiltratpuffertank vorgesehen, wobei Unfiltrat vorzugsweise durch den Unfiltratpuffertank und den mindestens ein Membranfilter im Kreislauf geführt werden kann und wobei der Sammeltank insbesondere mit dem unteren Ablauf des Unfiltratpuffertanks verbunden ist. Ein zusätzlicher Sammeltank zu dem Unfiltratpuffertank ist vorteilhaft, da zum Beispiel während der Filtration das Unfiltrat bzw. Konzentrat über den Unfiltratpuffertank zirkulieren kann und der separate Sammeltank die laufende Filtration nicht beeinflusst. Einschübe und Mischphasen aus dem Sammeltank können zu einem beliebigen Zeitpunkt wieder der Filtration zugeführt werden bzw. dem Unfiltrat, das zu dem Membranfilter geleitet wird zudosiert werden. Der Inhalt des Sammeltanks kann auch in den Unfiltratpuffertank rückgeleitet werden. Der wesentliche Vorteil dieses zusätzlichen Sammeltanks liegt darin, dass zum Beispiel Mischphasen, die verworfen werden mussten jetzt zu einem späteren Zeitpunkt wiederverwendet werden können ohne dabei die laufende Filtration zu beeinflussen, was der Fall wäre, wenn entsprechende Mischphasen in den Unfiltratpuffertank rückgeführt werden würden. Die Verwendung von zwei Tanks ermöglichen somit eine Prozessoptimierung. Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme der folgenden Figuren näher erläutert.
    • 1 zeigt grob schematisch eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 1a zeigt schematisch einen Ausschnitt der 1 während der Produktion.
    • 1b zeigt schematisch einen Ausschnitt der 1 am Ende des Filtrationszyklus.
    • 2 zeigt schematisch ein Diagramm, das die Hefekonzentration in Abhängigkeit der Filtrationszeit.
    • 3 zeigt schematisch einen Unfiltratpuffertank mit einem Tankauslaufstutzen.
    • 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform bei welcher Ausschübe, Mischphasen und Konzentrate einem Sammeltank zugeführt und wiederverwendet werden.
  • 1 zeigt grob schematisch eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Unfiltratpuffertank 3, der beispielsweise ein Füllvolumen in einem Bereich von 5 hl bis 500 hl aufweist. Der Unfiltratpuffertank 3 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform derart ausgestaltet, dass sein unteres Ende konisch zuläuft, insbesondere unter einem Öffnungswinkel α von 60 bis 70°. Dabei befindet sich am unteren Ende des konischen Bereichs ein unterer Ablauf 4, der in eine Dosierleitung 12, 16 insbesondere über ein Ventil, insbesondere Doppelsitzventil 80 führt. Es ist auch möglich, dass ein Tankauslaufstutzen vorgesehen ist, wie in 3 gezeigt ist und nachfolgend noch näher erläutert wird.
  • Weiter weist der Unfiltratpuffertank 3 einen oberen Ablauf 5 auf, der oberhalb des unteren Ablaufs 4 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der obere Ablauf 5 ein seitlicher Ablauf, der beispielsweise in der Zarge des Unfiltratpuffertanks 3 angeordnet ist. Der obere Ablauf 5 befindet sich oberhalb des konischen Bereichs, vorzugswiese in der oberen Hälfte des Unfiltratpuffertanks 3. In diesem Bereich ist nicht mit einer starken Aufkonzentrierung des Unfiltrats durch Sedimentation zu rechnen. Der obere Ablauf 5 kann auch derart gestaltet sein, dass er nicht über die Seitenwand das Unfiltrat abzieht, sondern über einen Deckel oder Konus, wesentlich ist, dass die Öffnung des Ablaufs 5, zum Beispiel in Form eines Ablaufrohrs in den oberen Bereich, also die obere Hälfte des Tanks mündet.
  • Der Unfiltratpuffertank 3 weist auch einen Zulauf 20 auf, insbesondere einen seitlichen Zulauf, der ebenfalls oberhalb des unteren Ablaufs 4 angeordnet ist, vorzugsweise oberhalb des konischen Bereichs und vorzugsweise unterhalb des oberen Ablaufs 5. Der Zulauf 20 ist vorzugsweise im Wesentlichen als tangentialer Zulauf ausgeprägt sodass die Einleitung tangential oder mit einer tangentialen Richtungskomponente erfolgt. Über eine Zuleitung 19 kann dann beispielsweise aus dem Lagerkeller 21 Unfiltrat (UF) über den seitlichen Zulauf 20 in den Unfiltratpuffertank 3 eingeleitet werden. In der Zuleitung 19 können optional Messinstrumente (QIT) eingebaut sein, mit welchen man beispielhaft den Sauerstoff, die Leitfähigkeit oder die Trübung messen kann.
  • Der seitliche Ablauf 5 mündet über eine Ableitung 6a in die Unfiltratleitung 6, die mit mindestens einem Membranfilter 2a, 2b, 2c verbunden ist wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
  • Zwischen der Ableitung 6a und der Unfiltratleitung 6 kann ein entsprechendes Ventil, insbesondere Doppelsitzventil 22 angeordnet sein. Aber auch eine Leitung 23 mündet über das Ventil, beispielhaft über Ventil 22, in die Unfiltratleitung 6, wobei die Leitung 23 über die Leitung 35 und über ein Ventil 35a und Ventil 24 mit der Zuleitung 19 verbindbar ist. Durch die Verbindung des unteren Ablaufs 4 und eine entsprechende Ventilanordnung kann der Unfiltratpuffertank 3 mit der Leitung 35 und 23 verbunden sein. Es kann so Unfiltrat vom Lagerkeller 21 über das Ventil 92, insbesondere Doppelsitzventil 92, sowie Ventile 24, 35a, 80 und die Leitung 19 und 35 dem Unfiltratpuffertank 3 von unten, zugeführt werden, oder Unfiltrat wird über Leitung 19, 35 und 23 der Unfiltratleitung 6 zugeführt und mit Umgehung des Unfiltratpuffertanks 3 direkt dem mindestens einen Membranfilter 2a, 2b, 2c zugeführt werden, oder Unfiltrat wird vom Unfiltratpuffertank 3 über den unteren Ablauf 4 und Leitung 23 und Unfiltratleitung 6 dem mindestens einen Membranfilter 2a, 2b, 2c zugeführt. Möglich ist auch, dass sowohl Unfiltrat aus dem Lagerkeller 21 wie auch Unfiltrat aus dem Unfiltratpuffertank 3 gleichzeitig dem mindestens einen Membranfiltern 2a, 2b, 2c zugeführt wird.
  • In der Unfiltratleitung 6 kann sich eine Pumpe 24a befinden, über die das Unfiltrat in Richtung Membranfilter 2a, 2b, 2c gepumpt werden kann. Weiter kann in der Unfiltratleitung 6 eine Einrichtung zum Messen der Trübung 18 oder eines proportionalen Werts, wie beispielsweise der Viskosität oder Viskoelastizität, Leitfähigkeit oder Dichte angeordnet sein. Die Messwerte sind dabei proportional zur Trübung und Partikelfracht. Ferner kann in der Unfiltratleitung 6 auch noch ein Kühler 26 optional vorgesehen sein.
  • Die Unfiltratleitung 6 mündet hier über ein Ventil, zum Beispiel Doppelsitzventil in den Unfiltratzulauf 8a, 8b, 8c der jeweiligen Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c. In diesem Ausführungsbeispiel sind beispielsweise drei Membranfilter 2a, 2b, 2c gezeigt, jeweils in Form einer Membranfiltereinheit, die mehrere einzelne Filtermodule 40 umfasst, wie in 1a, 1b gezeigt ist. Die Membranfiltereinheiten 2a, 2b, 2c sind wie aus 1 hervorgeht zum Beispiel parallel verschaltet.
  • Ferner weist jede Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c einen Filtratauslass 9a, 9b, 9c auf, die über entsprechende Ventile, zum Beispiel Doppelsitzventile in eine gemeinsame Filtratleitung 90 münden. Die jeweiligen Konzentratabläufe 10a, 10b, 10c der jeweiligen Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c sind mit einer Konzentratsammelleitung 11 über entsprechende Ventile 25a, 25b, 25c, hier Doppelsitzventilen, verbunden.
  • Die Konzentratabläufe 10a, 10b, 10c des jeweiligen Membranfilters 2a, 2b, 2c sind hier zum Beispiel in Reihe geschaltet, wobei die Leitungen von den jeweiligen Konzentratabläufen 10a, 10b, 10c zu der gemeinsamen Konzentratsammelleitung 11 über die entsprechenden Ventile 25a, 25b, 25c voneinander getrennt werden können. Dies ermöglicht, dass der Konzentratablauf von bestimmten Membranfiltereinheiten 2a, 2b, 2c ausgewählt werden kann, zum Beispiel auch eine Membranfiltereinheit überbrückt werden kann. Insgesamt sind die Membranfiltereinheiten 2a, 2b, 2c derart verschaltbar, dass ihre Filtrationszyklen unabhängig voneinander beginnen und enden können. Über die Konzentratsammelleitung 11 kann Konzentrat im Kreislauf dem Unfiltratpuffertank 3 rückgeführt werden.
  • Jede Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c weist dabei eine Rücklaufleitung 89 auf, über die das Konzentrat der Module 40 als Unfiltrat erneut den Modulen zur Filtration rückgeführt wird und zusätzlich über einen Konzentratablauf 10 einer Konzentratsammelleitung 11 rückgeführt werden kann, um das Konzentrat in den Unfiltratpuffertank 3 zurück zu leiten wie in 1a und 1b zu erkennen ist. In einem Leitungsabschnitt zwischen dem Konzentratablauf 10 und der Rücklaufleitung 89 ist ein Regelventil 70, sowie ein Durchflussmesser 71 vorgesehen zum Regeln des abgeleiteten Volumenstroms des Konzentrats oder aber, wie nachfolgend noch erläutert wird zum Dosieren von Sediment, das über den Konzentratablauf 10 rückwärts in die Rücklaufleitung 89 zudosiert wird, um filtriert zu werden, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der untere Ablauf 4 des Unfiltratpuffertanks 3 über eine Dosierleitung 12, 16 mit der Unfiltratleitung 6 verbunden. In der Dosierleitung 12, 16 kann sich beispielsweise die Dosiereinrichtung 7 befinden, die hier zum Beispiel eine Dosierpumpe 7a mit einem Durchflussmesser 7b aufweist, derart, dass der Volumenstrom des Unfiltrats bzw. Sediments aus dem unteren Ablauf 4 des Unfiltratpuffertanks 3 regelbar ist. Unabhängig vom konkreten Ausführungsbeispiel ist nur wesentlich, dass der Volumenstrom des Sediments, das über den unteren Ablauf 4 abgezogen wird, über die Dosiereinrichtung 7 einstellbar bzw. regelbar ist, insbesondere über eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) in Abhängigkeit eines Messwerts. Zum Beispiel kann die zudosierte Menge /Zeit in Abhängigkeit des Messwerts der Einrichtung 18, das heißt, zum Beispiel der Trübung, geregelt werden.
  • Die Dosierleitung 12, 16 mündet am Dosierpunkt D in die Unfiltratleitung 6, hier über das Ventil 27, insbesondere Doppelsitzventil. Über das Ventil 27 kann zum Beispiel Sediment über ein Gully-Ventil auch in einen Gully abgeleitet werden oder zum Beispiel über das Ventil 29 in eine Leitung 13, die über ein Ventil, insbesondere Doppelsitzventil 30 über die Leitung 14 zum Konzentratauslass 10 der jeweiligen Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c führt. Die Leitung 13 ist auch über ein Ventil 31 mit der Leitung 12 verbunden, das heißt, der Dosierleitung. Über die Leitung 13, Ventil 30 und die Leitung 14 sowie Ventil 25 kann Sediment auch der Konzentratsammelleitung 11 zugeführt werden. Durch Schalten der Ventile 31 und 30 kann Sediment alternativ oder zusätzlich zur Dosage am Dosagepunkt D auch dem Konzentratablauf 10a, 10b, 10c der Membranfiltereinheiten 2a, 2b, 2c in die Membranfilter eingeleitet werden und dort zudosiert werden, insbesondere über das Konzentratregelventil 70, das hier die Funktion der Dosiereinrichtung übernimmt, wie in 1 und 1a dargestellt ist. Mit 32 ist ein CIP- Rücklauf bezeichnet.
  • 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wobei der untere Ablauf 4 einen Tankauslaufstutzen d.h. Ablaufrohr 4b aufweist, das in den Unfiltratpuffertank 3 von unten hineinragt, derart dass Sediment durch das Ablaufrohr 4b ablaufen kann und/oder durch einen Bereich 4c zwischen dem Ablaufrohr 4b und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank 3, wobei vorzugsweise über Ventile 60a, 60b in den Leitungsabschnitten 12a und 12b, insbesondere Regelventile, einstellbar ist, ob Sediment durch das Ablaufrohr 4b und/oder den Bereich 4c zwischen dem Ablaufrohr 4b und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank 3 abgeleitet werden soll. Die Leitungsabschnitte 12a und 12b münden in der gemeinsamen Leitung 12. Die Ventilanordnung 80, insbesondere das Doppelsitzventil 80 ist mit dem Bereich 4c sowie der Leitung 23 und Leitung 35 verbunden. Das Sediment wird vorzugsweise über das Ablaufrohr 4b abgezogen, wenn das Sediment über den Dosagepunkt D zu dosiert wird (weil es eine geringere Partikelfracht aufweist als das Sediment, das im Bereich 4c abgezogen wird), während das Sediment vorzugsweise über den Bereich 4c abgezogen wird, wenn das Sediment direkt dem Filtermodul, das heißt über den Konzentratablauf 10 zugeführt wird. Der Bereich 4c zwischen dem Ablaufrohr 4b und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank 3 kann auch separat, beispielhaft über die Leitung 13 bis hin zum Konzentratablauf 10, zu den Membranfiltereinheiten 2a, 2b, 2c abgeleitet werden, wenn auch nicht dargestellt.
  • Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Zuhilfenahme der 1 und 2 näher erläutert.
  • Als Unfiltrat wird Bier von einem Lagerkeller 21 über die Zuleitung 19 zum Befüllen des Unfiltratpuffertanks 3, vorzugsweise zuerst über den Ablauf 4 eingeleitet, wobei das Ventil 35a und 80 derart geschaltet sind, dass das Bier in die Leitung 35 in den Unfiltratpuffertank 3 strömt. Wenn das Füllniveau den Zulauf 20 erreicht, so kann auf den Zulauf 20 über das Ventil 24 umgeschalten werden. Um das Bier zum Zulauf 20 des Unfiltratpuffertanks 3 zu leiten, wird die Ventilanordnung 24 und 35a derart geschaltet, dass das Bier nicht in die Leitung 35 strömt, die mit der Leitung 23 verbunden ist. Denkbar ist jedoch auch, dass der Unfiltratpuffertank 3 lediglich über den Zulauf 20 befüllt wird.
  • Über den befüllten Unfiltratpuffertank 3 kann das Unfiltrat über den oberen, hier seitlichen Ablauf 5 über die Leitung 6a bei entsprechender Öffnung der Ventilanordnung 22 der Unfiltratleitung 6 zugeleitet werden und zum Beispiel über die Pumpe 24a in Richtung Membranfilter 2a, 2b, 2c. gepumpt werden. Dabei kann über die optionale Einrichtung 18 zum Beispiel die Trübung oder ein entsprechend proportionaler Wert gemessen werden, und an eine nicht dargestellte Steuerung weitergeleitet werden. Optional kann das Unfiltrat auch noch über den Kühler 26 gekühlt werden. Das Unfiltrat tritt über den jeweiligen Unfiltratzulauf 8a, 8b, 8c in den Membranfilter bzw. Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c ein, die sich gerade in einem Filtrationszyklus befindet, wobei Filtrat über den entsprechenden Filtratauslass 9 in eine gemeinsame Filtratleitung 90 geleitet wird. Über den Konzentratablauf 10 kann Konzentrat bei entsprechender Schaltung des Ventils 25 der jeweiligen Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c in die gemeinsame Konzentratsammelleitung 11 geleitet werden und im Kreislauf K zum Beispiel über die Leitung 19 bei entsprechender Öffnung der Ventilanordnung 92 und 24, insbesondere der Doppelsitzventile 92 und 24 und geschlossener Ventilanordnung 35a über den Zulauf 20 dem Unfiltratpuffertank 3 rückgeführt werden. Dabei setzt sich Sediment im unteren Bereich des Unfiltratpuffertanks 3 ab.
  • Das Sediment kann nun während der Produktion, über den unteren Ablauf 4 bei Öffnen eines Ablaufventils in die Dosierleitung 12, 16 geleitet werden. Eine Dosiereinrichtung 7 bzw. hier 7a, 7b stellt dabei den Volumenstrom des abgezogenen Sediments in Abhängigkeit der von der Einrichtung 18 gemessenen Trübung 18 oder eines proportionalen Werts ein. Vorzugsweise wird der Volumenstrom in Abhängigkeit des entsprechenden Messwerts geregelt. Das bedeutet, wenn die Trübung, die hinter dem Dosagepunkt D gemessen wird, noch relativ gering ist, eine höhere Menge an Sediment zudosiert werden kann, als wenn die Trübung einen entsprechenden höheren Wert aufweist. Die Trübung wird nach dem Dosagepunkt D gemessen.
  • Somit kann wirksam verhindert werden, dass es zu einer hohen Aufkonzentrierung im unteren Bereich des Unfiltratpuffertanks 3 kommt. Die Partikelfracht im zu filternden Unfiltrat kann über viele Filtrationszyklen konstant gehalten werden.
  • Den Volumenstrom des Sediments in Abhängigkeit der Trübung 18 zu regeln ist nur ein mögliches Ausführungsbeispiel. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise die zudosierte Menge/Zeit des zudosierten Sediments in Abhängigkeit des Durchflusses, insbesondere des Unfiltrats (vor oder nach dem Dosagepunkt D) und/oder des Sediments (in der Dosierleitung) geregelt werden.
  • Es ist auch möglich die zudosierte Menge/Zeit des Sediments in Abhängigkeit eines Transmembrandrucks an mindestens einem der Module 40 einer Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c, 2n) zu regeln. Dabei wird an mindestens einem Modul 40 der Transmembrandruck gemessen und an die Steuerung geleitet.
  • Dadurch, dass das Sediment aus dem unteren Bereich des Unfiltratpuffertanks 3 dem aus dem oberen Bereich abgezogenen Unfiltrat zudosiert werden kann, kann die Partikelfracht, d.h. der Feststoff pro Volumen der Flüssigkeit, in einem gewünschten Bereich eingestellt und konstant gehalten werden. Somit ist es möglich, dass die Membranfilter unabhängig vom Startzeitpunkt der Filtration eine definierte Partikelfracht aufweisen, die im Wesentlichen konstant gehalten werden kann, was sich sehr positiv auf den Filterverlauf auswirkt. Es kann eine schlagartig große Partikelfracht verhindert werden, da die Partikelfracht im unteren Bereich gering gehalten werden kann. Somit kann eine plötzliche starke Membrandruckerhöhung (Transmembrandruck) verhindert werden.
  • Während der Filtration wird in der Regel kontinuierlich Unfiltrat, d.h., hier Bier vom Lagertank 21 zugeführt.
  • Während der Filtration wird wie beschrieben vorzugsweise das Unfiltrat über den Dosierpunkt D zugeführt. Wie aus 1a hervorgeht wird innerhalb der Membranfiltereinheit 2n das Konzentrat über den Konzentratablauf 10 bei Schaltung entsprechender Ventile 30, 25 der Konzentratsammelleitung 11 zugeführt, die das Konzentrat in Richtung Unfiltratpuffertank 3 leitet. Gleichzeitig wird Unfiltrat über die Rücklaufleitung 89 den z. B. in Reihe oder parallel geschalteten Modulen 40 zur Filtration zugeführt. Über den Konzentratablauf 10 wird, wie in 1a ersichtlich, kein Sediment zudosiert.
  • Am Ende eines Filtrationszyklus, z.B., wenn an einer filtrierenden Membranfiltereinheit ein maximaler Transmembrandruck an beispielhaft mindestens einem Modul 40 erreicht ist, wird das Unfiltrat mit Wasser, insbesondere entgasten Wasser aus der Membranfiltereinheit ausgeschoben, wie zum Beispiel in 1b dargestellt ist. Dabei wird Wasser, insbesondere entgastes Wasser, zum Beispiel über den Anschluss 82, bei entsprechend geöffneten Ventilen in den Membranfilter bzw. Membranfiltereinheit geleitet, welcher z. B aufgrund des Erreichens des Transmembrandruckgrenzwertes eine Zwischenreinigung benötigt.
  • Am Ende des Filtrationszyklus (bevorzugt, wenn zum Beispiel die Filtrationszyklusreihe beendet wird), kann gemäß einer Ausführungsform z.B. auch über die Leitung 19, 35, 23 bei entsprechend geöffneten Ventilen Wasser, insbesondere entgastes Wasser in die Unfiltratleitung 6 und von dort in den mindestens einen Membranfilter bzw. Membranfiltereinheit geleitet werden, die aufgrund des Erreichens des Transmembrandruckgrenzwertes eine Zwischenreinigung benötigt. Dabei ist die Ventilanordnung 22 insbesondere derart geschaltet, dass kein Unfiltrat über die Leitung 6a und den oberen Ablauf 5 zugeführt wird. Über den unteren Ablauf 4 wird Sediment abgezogen und kann, wie ebenfalls zuvor beschrieben, über den Dosierpunkt D in die Leitung 6 zudosiert werden. Dabei kann der Volumenstrom des Sediments ebenfalls über die zuvor beschriebene Regelung in Abhängigkeit der gemessenen Trübung bzw. des entsprechend proportionalen Werts geregelt werden. Der Sollwert kann hier entsprechend eingestellt werden.
  • Das bedeutet, dass man dem Wasser, mit dem man das Unfiltrat aus den Membranfiltern 2a, 2b, 2c ausschieben möchte, Sediment zusetzen kann. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass selbst das stark aufkonzentrierte Sediment im Unfiltratpuffertank 3 noch zur Bierfiltration und somit zur Herstellung von Bier verwendet werden kann, was die Ausbeute wesentlich erhöht. Beim Ausschieben mit Wasser fällt der Transmembrandruck zum Beispiel von 1,2 auf 0,8 bar, sodass dann Unfiltrat mit hoher Partikelfracht, das heißt, dass das stark aufkonzentrierte Bier, das dem Wasser zugemischt wird, gefiltert werden kann und zwar solange, bis der Transmembrandruck wieder auf ein Maximum steigt.
  • Bevorzugt kann aber alternativ (oder auch zusätzlich) wie aus 1b hervorgeht, Sediment vom unteren Ablauf 4 des Unfiltratpuffertanks 3 in einen Konzentratablauf 10 über die Leitung 12, 13 und 14 bei entsprechender Öffnung der Ventilanordnung 31 und 30 geleitet werden. Das heißt, dass Sediment (am Ende eines Filtrationszyklus) direkt der Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c zudosiert werden kann.
  • Am Ende eines Filtrationszyklus wird vorzugsweise kein Unfiltrat über die Leitung 6 zugeführt wie der 1b zu entnehmen ist, sondern Wasser über den Anschluss 82 zugeführt. Dabei wird das Ventil, insbesondere Doppelsitzventil 25 geschlossen, so dass das Sediment über den Konzentratablauf 10 in Gegenrichtung der Rückführleitung 89 zugeführt werden kann. Die zugefügte Menge/Zeit bzw. der Volumenstrom kann über das Regelventil 70 eingestellt werden, dass hier die Funktion der Dosiereinrichtung übernimmt. Die zudosierte Menge/Zeit an Sediment, insbesondere der Volumenstrom kann unabhängig von der der zuvor in Zusammenhang mit der Regelung über den Dosagepunkt D beschriebenen Regelparameter geregelt werden. Es wird z.B. nach dem gemessenen Transmembrandruck an mindestens einem Modul 40 der entsprechenden Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c geregelt. Es ist aber auch möglich, dass die zudosierte Menge/Zeit vorab empirisch bestimmt und eingestellt wird.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann in die Leitung 13, die vom unteren Ablauf 4 zum Konzentratablauf 10 des jeweiligen mindestens einen Membranfilters 2a, 2b, 2c führt zusätzlich ein Anschluss 81 vorgesehen sein, der insbesondere mit einem Tank oder einer anderen Anlage für Hefebier oder Gelägerbier zur Rückgewinnung verbunden ist. So kann z.B. Hefebier über den Konzentratablauf 10 Unfiltrat zudosiert werden wobei das Konzentratregelventil 70 die Dosagefunktion übernimmt.
  • Der in 1b gezeigte Betriebsmodus erfolgt gemäß einer weiteren Ausführungsform nicht nur am Ende eines Fitrationszyklus. Während sich mindestens einer von mehreren Membranfiltereinheiten 2a, 2b, 2c in einem Filtrationszyklus befindet und Unfiltrat aus dem Unfiltratpuffertank 3 filtriert, kann mindestens eine andere Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c derart betrieben werden, dass kontinuierlich Wasser, insbesondere entgastes Wasser, z.B. über Anschluss 82 durch diese Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c geleitet wird und Sediment über z.B. Leitung 13 vom unteren Ablauf 4 des Unfiltratpuffertanks 3 und/oder Hefebier oder Gelägerbier über einen Anschluss 81 in einen Konzentratablauf 10 der entsprechenden Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c eingeleitet wird und in den Wasserstrom eingeleitet und filtriert wird.
  • Dieser alternative Betriebsmodus kann also nicht nur am Ende eines Filtrationszyklus durchgeführt werden, sondern auch als durchgängiger Filtrationsprozess für mehrere Stunden (zum Beispiel 1 bis 6 Stunden, also kann der Dauer eines Filtrationszyklus entsprechen) für mindestens eine ausgewählte Membranfiltereinheit durchgeführt werden. Zum Beispiel kann die Membranfiltereinheit 2a gemäß dem alternativen Betriebsmodus betrieben werden, während zum Beispiel bei den Membranfiltereinheiten 2b und 2c der Filtrationsprozess läuft wie in 1a gezeigt ist.
  • 2 zeigt die Hefezellzahl (106 Hefezellen/ml) des Unfiltrats das dem mindestens einen Membranfilter 2a, 2b, 2c zugeführt wird, in Abhängigkeit der Filtrationszeit (Stunden), d.h. Betriebszeit des Membranfilters ohne Reinigungszeit.
  • Die schraffierten Werte zeigen die Hefezellzahl in Abhängigkeit der Zeit gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie aus 2 hervorgeht, kann die Hefezellzahl über die Zeit, d.h. während mehrere aufeinander folgender Filtrationszyklen im Wesentlichen konstant gehalten werden, da die Hefefracht gesteuert werden kann, indem Sediment aus dem unteren Bereich des Unfiltratpuffertanks 3 gezielt dem Unfiltrat zudosiert werden kann. Ein Filtrationszyklus dauert bei diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise etwa 6 Stunden. Der Filtrationszyklus beginnt entweder mit dem Ausschub von Wasser mit Bier oder wenn der Filter unter Gas-Atmosphäre steht, mit dem Befüllen mit Bier und endet in der Regel mit dem Erreichen des maximalen- bzw. eines bestimmten Transmembrandruckes oder dann wenn kein Bier mehr gefiltert werden soll und dem Ausschieben des Bieres.
  • Die gepunkteten Werte zeigen beispielsweise den Verlauf der Hefezellzahl gemäß dem Stand der Technik. Hier konzentriert sich das Unfiltrat langsam auf. Beim Umschalten vom oberen Ablauf 5 zum unteren Ablauf 4 kommt es zur schlagartigen Erhöhung der Hefezellzahl am Ende der Filtration. Auch die blanken Werte zeigen ein Verfahren nach dem Stand der Technik, bei dem bereits nach einem ersten Filtrationszyklus der Unfiltratpuffertank 3 von unten entleert wird, was ebenfalls zu einem deutlichen Anstieg der Hefezellzahl führt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt sich der erste niedrige Wert von z.B. 2 bis 5×106 Hefezellen pro ml am Anfang des Filtrationszyklus dadurch, dass zunächst Unfiltrat aus dem oberen Ablauf entnommen wird und es zu einer Regelverzögerung kommt, bis dann die Hefezellzahl, d.h. Feststofffracht, durch Zudosieren von Sediment, hier zum Beispiel auf 15×106 Hefezellen pro ml geregelt wird.
  • Während der Filtration wird dann laufend über den Dosagepunkt D Sediment zugeführt, so dass die Hefezellzahl im Wesentlichen konstant gehalten werden kann, bei diesem Ausführungsbeispiel bei etwa 15×106 Hefezellen/ml. Am Ende des Filtrationszyklus kann die Hefezellzahl nochmals steigen, hier auf 30×106 Hefezellen pro ml, weil wie in Zusammenhang mit 1b erläutert wurde, hochkonzentriertes Sediment direkt an der Membranfiltereinheit am Konzentratablauf 10 zugeführt wird.
  • Wie zu erkennen ist, kann die Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung über ein Zeitintervall t betrieben werden, bevor der Tank z.B. entleert und die Vorrichtung z.B. gereinigt wird, zum Beispiel die Membranfiltereinheit(en) rückgespült wird, bzw. werden, wobei während des Zeitintervalls die Partikelfracht, insbesondere Hefekonzentration eingestellt wird.
  • Wie zuvor beschrieben ermöglicht die vorliegende Erfindung also eine Filtration mit einer geregelten Zudosierung des Sediments aus dem Unfiltratpuffertank in Abhängigkeit des Membranfilterstatus eines jeweiligen Membranfilters (z.B. Filtration, Ende des Filtrationszyklus, Filtration von Hefebier und Gelägerbier).
  • Es versteht sich von allein das die eingesetzten Pumpen frequenzgeregelt ausgeprägt sein können.
  • Auch wenn die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und Verfahren zur Membranfiltration beschreibt, so ist diese nicht hierauf beschränkt. Dieser Unfiltratpuffertank welcher als Sedimentationstank mit Dosiereinrichtung für Sediment fungiert, kann beispielsweise auch bei der Anschwemmfiltration für Bier eingesetzt werden. Es kann auch bei der Anschwemmfiltration sinnvoll sein, wenn der Filterzulauf eine definierte Partikelfracht aufweist. Bei der Anschwemmfiltration wird zwar kein Konzentrat zurückgeführt, jedoch erfolgt hier durch kontinuierliches Zuführen von Unfiltrat aus dem Lagerkeller mit unterschiedlicher Partikelfracht (z.B. durch Lagertankwechsel) in den Unfiltratpuffertank auch eine Sedimentation statt, Insbesondere bei vorherigem Einsatz von Filterhilfs bzw. Stabilisierungsmittel.
  • Eine weitere Möglichkeit die Ausbeute bei der Herstellung von Bier zu erhöhen zeigt 4. Wenn zu Beginn der Filtration, der mit entgastem Wasser befüllte Membranfilter 2, mit Bier befüllt wird entsteht eine Mischphase bestehend aus Wasser und Bier. Das gleiche gilt am Ende der Filtration, wenn das Bier durch entgastes Wasser ausgeschoben wird, oder wenn mit Wasser oder alternativ mit Bier rückgespült wird. Erzeugte Mischphasen können in einem Sammeltank 55 (einen sogenannten Reworktank) aufgefangen werden, insbesondere wenn es sich dabei um Biere handelt welche nach dem High Gravity Verfahren (im Sudhaus wird eine Würze mit einer hohen Stammwürze (Extraktgehalt) gebraut) hergestellt wurden. Selbstverständlich kann auch mit Bier rückgespült werden. In diesem Fall entsteht keine Mischphase, dennoch sollten die auf der Membran bzw. in der Membran abgetragenen Stoffe nicht bei Fortführung der Filtration mit dem Unfiltrat vermischt werden (dann würden die Stoffe wieder in die Membran gedrückt), sondern sollten mit dem Rückspülmedium Bier in den Sammeltank 55 geleitet werden.
  • Auch bei einem Biersortenwechsel entsteht beim Verdrängen der momentan im Filter befindlichen Biersorte (zum Beispiel Pils) durch die nachfolgende Biersorte (zum Beispiel Export) eine Mischphase, auch diese Mischphase kann in einem Sammeltank 55 aufgefangen werden.
  • Auch Konzentrat, das z.B. am Ende der Filtration, nicht mehr im Kreislauf geführt werden soll, kann dem Sammeltank 55 zugeführt werden. Dies kann insbesondere auch dann notwendig sein, wenn die Konzentratsammelleitung 11 nicht genutzt bzw. nicht vorhanden ist und das Konzentrat lediglich über eine Rücklaufleitung 89 dem Membranfilter 2 als Unfiltrat erneut den Modulen 40 zur Filtration rückgeführt wird.
  • In der Regel werden diese Ausschübe entweder in der Kanalisation (Gully) verworfen oder sie werden in Vorlauf-/Nachlauftanks oder in Restbiertanks gesammelt und anderweitig verwertet. Für den Filtrationsprozess stellt dies jedes Mal einen Verlust an Unfiltrat dar. Dies trifft insbesondere zu, wenn es sich um Biere handelt, die eine hohe Feststofffracht mit sich bringen und es daher häufige Ausschübe erfordert. Durch das Sammeln aller Ausschübe, Mischphasen und Konzentrate aus den Modulen 40 in einem Sammeltank 55 und zurückführen in den Filtrationsprozess können die Bierverluste auf ein Minimum reduziert werden.
  • Über eine Verbindungsleitung 41a können Mischphasen zum Beispiel von der Filtratleitung 90 zur Leitung 42 und so zum Sammeltank 55 geführt werden. Auch wenn in der 4 nicht dargestellt, so kann die Leitung 41a auch den Filtratauslass 90 mit der Leitung 42 verbinden. Über eine Verbindungsleitung 41b kann Konzentrat zum Beispiel von der Rücklaufleitung 89 zur Leitung 42 und so zum Sammeltank 55 geführt werden. Über eine Verbindungsleitung 41c kann Konzentrat zum Beispiel von der Konzentratsammelleitung 11 zur Leitung 42 und so zum Sammeltank 55 geführt werden Die Mischphase, die während des Rückspülens des Membranfilter 2a, 2b, 2c entsteht, kann über die Leitung 89 und Leitung 41b in den Tank 55 geleitet werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da ansonsten zum Beispiel über die Leitung 11 diese Menge direkt und unkontrolliert in voller Konzentration in den Unfiltratpuffertank 3 geleitet werden müsste. Bei Anwendungsbeispielen ohne Leitung 11 müsste die Mischphase welche durch das Rückspülen entsteht, in den Gully geleitet werden.
  • Über eine Verbindungsleitung 41d, bzw. Anschluss 41d kann eine Mischphase und/oder Konzentrat von einem anderen Produktionsschritt der Bierherstellung der Leitung 42 und so zum Sammeltank 55 geführt werden. Grundsätzlich können Mischphasen und / oder Konzentrat auch über entsprechende Leitungen in den Unfiltratpuffertank geleitet werden, der dann als Sammeltank dient. Bevorzugt handelt es sich jedoch bei dem Sammeltank 55 um einen separaten Sammeltank, welcher zusätzlich zu dem Unfiltratpuffertank 3 vorhanden ist.
  • Der Vorteil bei einem separaten Sammeltank ist, dass die laufende Filtration erst einmal nicht beeinflusst wird, und dann gezielt eine Rückführung der gesammelten Menge erfolgen kann. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn wie oben bereits erwähnt eine gezielte Dosage von der bei dem Rückspülen entstandene Mischphase (d.h. eigentlich die in der Mischphase enthaltenen Feststofffracht) aus dem Sammeltank 55 in den Unfiltratstrom d.h. z.B. in die Unfiltratleitung 6, 8, 10 oder die Rücklaufleitung 89 erfolgen soll. Dies ermöglicht beispielsweise eine bestimmte Menge, zum Beispiel lediglich 510% anteilige Dosage der gesammelten Menge. Besonders wenn diese gesammelte Menge eine hohe Konzentration an Feststoffanteilen besitzt, kann so gezielt die erneute Belastung der Membran gesteuert werden. D.h. mit Hilfe der gesammelten Menge kann gezielt Zeitpunkt Menge, Konzentration und Dauer der Rückführung beeinflusst werden. So kann, wenn zum Beispiel die Rückführung in den Unfiltratpuffertank 3 erfolgt, gezielt die Feststofffracht des Inhalts des Unfiltratpuffertanks 3 zu jedem Zeitpunkt gesteuert werden. Der untere Bereich des Sammeltank 55 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er konisch nach unten hin zuläuft, zum Beispiel der Öffnungswinkel des Konus zwischen 60 und 70° beträgt, sodass der Sammeltank 55 auch als Sedimentationstank dient. Der konische Boden erlaubt ein besonders einfaches Abziehen des Sediments. In diesem Fall dient das Abziehen des Sedimentes vorrangig einer Separation der nicht mehr verwendbaren Feststoffe welche zum Beispiel in den Gully geleitet werden. Der Sammeltank 55 kann über einen unteren Zulauf 44 und einen darüber liegenden, bevorzugt oberhalb des konischen Abschnittes des Sammeltank 55, befindlichen Zulauf 43 verfügen. Auch wenn nicht dargestellt, so kann der Sammeltank 55 auch nur einen Zulauf, oder über in der Höhe unterschiedlich mehrere angeordnete Zuläufe aufweisen. Der Zulauf bzw. die Zuläufe können auch als Ablauf / Abläufe verwendet werden. Insbesondere der bodennahe Zulauf 44 kann auch als Ablauf verwendet werden. Über die Abläufe 44, 45, 46, 47 wird das Medium der Leitung 48 und so einer weiteren Verwendung zugeführt. Der Sammeltank 55 kann auch nur über einen Ablauf oder lediglich zwei Abläufe oder mehr als vier Abläufe in unterschiedlicher Höhe verfügen.
  • In der Zulaufleitung 42 zu dem Sammeltank 55 kann sich ein Separator befinden (nicht dargestellt), welcher die Flüssigkeit von darin enthaltenen Feststoffe trennt. Dabei wird das Konzentrat aus dem Filtrationsprozess entfernt und einem Gully oder einer sonstigen Verwertung zugeführt (z.B. Althefeverwertung, Futtermittel). Die flüssige Phase wird über den Sammeltank 55 wieder dem Prozess zugeführt. Der optionale Separator 51 kann sich jedoch auch in der Leitung 48 befinden, welche vom Sammeltank 55 wegführt, bevorzugt befindet sich der Separator in der Leitung 48 derart, dass in einer Zirkulationsleitung mit welcher der Inhalt des Sammeltanks 55 im Kreislauf über die Abläufe / Zuläufe 43, 44, 45, 46, 47 umgepumpt werden kann. Wenn es sich bei dem Sammeltank 55 um den Unfiltratpuffertank 3 handelt, dann kann ein optionaler Separator 51 auch in der Konzentratsammelleitung 11 angeordnet sein. Anstelle eines Separators kann auch eine andere geeignete Abtrennvorrichtung vorhanden sein, wie zum Beispiel ein Dekanter oder ähnliche geeignete Systeme. Der Inhalt des Sammeltank 55 kann zu bestimmten Zeitpunkten des Filtrationsprozesses dem Membranfilter 2a, 2b, 2c über entsprechende Leitungen zugeführt werden, zum Beispiel, wenn ein bestimmter Trübungswert oder eines dazu proportionalen Werts im Unfiltrat, das zum Membranfilter geleitet wird, zum Membranfilter 2a, 2b, 2c unterschritten ist kann solange Inhalt aus dem Sammeltank 55 dosiert werden bis ein bestimmter / maximaler Trübungswert. oder eines dazu proportionalen Werts im Unfiltrat zum Membranfilter 2a, 2b, 2c erreicht wird. Möglich ist auch, den Inhalt des Sammeltanks 55 kontinuierlichen dem Filtrationsprozess zuzuführen. Beispielhaft kann dem Unfiltrat 5 % bis 10 % Inhalt aus dem Sammeltank 55 zudosiert werden (5 % bedeutet, dass 95 hl Unfiltrat 5 hl Tankinhalt aus dem Sammeltank zugegeben wird). Alternativ wird der Inhalt des Sammeltanks 55 gegen Ende des Filtrationsprozesses dem Membranfilter 2 zugeführt. Denkbar ist ebenfalls, dass der Inhalt des Sammeltanks 55 der Würzepfanne oder einer anderen Verwertung zugeführt wird (zum Beispiel einem Althefetank, einem Restbiertank, einem Separator, Sedicanter oder Dekanter. Die bevorzugte Verwendung des Inhaltes des Sammeltanks 55 ist die Zuführung während oder gegen Ende des Filtrationsprozesses zu dem Membranfilter 2a, 2b, 2c. Die Zugabe kann in einer beliebigen Leitung, welche zum Membranfilter 2 führt, erfolgen oder wenn es sich bei dem Sammeltank 55 um einen separaten Tank handelt auch dem Unfiltratpuffertank 3 zugeführt werden. Über die Leitung 48 und 49 sowie der Verbindungsleitung 50a kann Medium vom Sammeltank 55 über den Zulauf 20 dem Unfiltratpuffertank 3 zugeführt werden. Auch wenn nicht dargestellt so kann das Medium auch über den unteren Ablauf 4 dem Unfiltratpuffertank 3 zugeführt werden. Über die Leitung 48 und 49 sowie der Verbindungsleitung 50b kann Medium vom Sammeltank 55 der Dosierleitung 12, oder über die Verbindungsleitung 50c der Leitung 13 zugeführt werden. Auch wenn nicht dargestellt so kann das Medium vom Sammeltank 55 über die Leitung 48 und 49 auch beispielhaft über eine der Leitungen 14, 23, 35 oder Unfiltratleitung 6 (vor oder nach dem Dosierpunkt D) dem Membranfilter 2a, 2b, 2c zugeführt werden. Auch wenn in 4 nicht dargestellt kann die Zuführung des Mediums mit der Dosiereinrichtung 7 oder 70 erfolgen.
  • Auch wenn in der 4 nicht dargestellt, so ist es auch möglich, dass, das Sediment aus dem Unfiltratpuffertank 3, beispielhaft über die Verbindungsleitung 50b und der Leitung 49 und 48 über den Zulauf 43, dem Sammeltank 55 zugeführt werden kann, sodass der Unfiltratpuffertank 3 gereinigt und/oder mit Unfiltrat welches sich von im Unfiltratpuffertank 3 befindlichen Unfiltrat unterscheidet (zum Beispiel Unfiltrat einer anderen Biersorte befüllt werden kann). Dies ist besonders von Vorteil, wenn nach einer erneuten Befüllung des Unfiltratpuffertank 3 (zum Beispiel vor einem Filtrationszyklus oder einem Biersortenwechsel) mit einem Unfiltrat aus dem Lagerkeller 21 mit geringer Hefezellzahl gestartet werden soll und erst später die Feststoffmenge / Hefezellzahl sprich die Belastung der Membran 40 durch erhöhte Feststofffracht sukzessive erhöht werden soll. Durch das Auffangen von Mischphasen und Konzentrat sowie durch das Zurückführen derselben, insbesondere zum Filtrationsprozess, fallen nur sehr geringe bis keine Bierverluste an. Zudem werden die Membranen 40 des Membranfilter 2a, 2b, 2c nicht einer zu hohen Partikelfracht ausgesetzt und werden dadurch geschont. Da die Ausschübe und Konzentrate aufgefangen und wiederverwendet werden kann aus wirtschaftlicher Sicht der Membranfilter 2a, 2b, 2c zu einem früheren Zeitpunkt, wenn die Partikelfracht noch nicht so hoch ist, gespült werden. Somit wird der Membranfilter 2a, 2b, 2c zwar häufiger zum Beispiel mit Wasser rückgespült, jedoch werden die Membranen 40 durch die geringere Partikelfracht geschont. Auch wenn nicht dargestellt so können sich die Zu- und Abläufe auch im Tankinneren auf verschiedenen Höhenniveaus des Sammeltanks 55 befinden. Es kann sich um ein von unten in den Sammeltank 55 eingeführtes, konzentrisch angeordnetes Rohr handeln, mit einer ersten, am unteren Ende des Sammeltank 55 angeordneten zentralen Öffnung. Weiterhin kann der zweite Zu- oder Ablauf ein zweites Rohr umfassen und der dritte Zu- oder Ablauf ein drittes Rohr umfassen, wobei sich vorzugsweise das zweite und dritte Rohr zumindest abschnittsweise innerhalb des Sammeltanks 55 erstrecken. Das zweite und dritte Rohr kann ineinander, vorzugsweise konzentrisch, angeordnet sein.

Claims (21)

  1. Vorrichtung (1) zum Filtrieren von Bier mit mindestens einem Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n), insbesondere mindestens einer Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c, 2n) mit mehreren Modulen, zur Crossflow Filtration und einem Unfiltratpuffertank (3), wobei Unfiltrat durch den Unfiltratpuffertank (3) und den mindestens einen Membranfilter (2) im Kreislauf geführt werden kann, der Unfiltratpuffertank (3) an seinem unteren Ende einen unteren Ablauf (4) und einen darüber liegenden oberen, insbesondere seitlichen Ablauf (5) aufweist, der obere, insbesondere seitliche Ablauf (5) des Unfiltratpuffertanks (3) über eine Unfiltratleitung (6) mit dem mindestens einen Membranfilter (2) verbunden ist, über die Unfiltrat zu dem mindestens einem Membranfilter (2) geleitet werden kann dadurch gekennzeichnet, dass vom unteren Ablauf (4) des Unfiltratpuffertanks (3) über eine Dosiereinrichtung (7, 70) dem Unfiltrat Sediment zudosiert werden kann.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Ablauf (4) des Unfiltratpuffertanks (3) über eine Dosierleitung (12, 16) an einem Dosagepunkt (D) mit der Unfiltratleitung (6) verbunden ist und in der Dosierleitung (12, 16) die Dosiereinrichtung (7) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Membranfilter, insbesondere mindestens eine Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c, 2n) jeweils einen Unfiltratzulauf (8), einen Filtratablauf (9) und einen Konzentratablauf (10), der in eine Konzentratsammelleitung (11) mündet, aufweist, wobei der untere Ablauf (4) des Unfiltratpuffertanks (3) über eine Leitung (12, 13, 14) mit dem Konzentratablauf (10) des mindestens einen Membranfilters, insbesondere der jeweils mindestens einen Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c, 2n) verbunden ist, wobei diese Leitung (12, 13, 14) vorzugsweise von der Dosierleitung (12, 16) abzweigt.
  4. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (7) eine Pumpe (7a), insbesondere Dosierpumpe (7a) und/oder ein Regelventil (70) vorzugsweise zusätzlich einen Durchflussmesser (7b, 71) umfasst.
  5. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Steuerung aufweist, über die, die dem Unfiltrat über die Dosiereinrichtung (7, 70) zudosierte Menge/Zeit an Sediment geregelt zudosiert werden kann, insbesondere in Abhängigkeit einer Trübung und/oder eines dazu proportionalen Werts insbesondere des Unfiltrats und/oder Sediments; und/oder in Abhängigkeit des Durchflusses, insbesondere des Unfiltrats und/oder des Sediments und/oder in Abhängigkeit eines Transmembrandrucks an mindestens einem Modul (40) einer Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c, 2n).
  6. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Messen der Trübung (18) oder eines proportionalen Wertes vorgesehen ist, vorzugsweise zwischen dem Dosagepunkt D, an dem die Dosierleitung (12) in die Unfiltratleitung (6) mündet und dem mindestens einen Membranfilter (2).
  7. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Bereich des Unfiltratpuffertanks (3) konisch zuläuft und insbesondere der obere oder seitliche Ablauf (5) sich oberhalb des konischen Bereichs befindet, vorzugsweise in der oberen Hälfte des Unfiltratpuffertanks (3) angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Ablauf (4) einen Tankauslaufstutzen in Form eines Ablaufrohrs (4b) aufweist, das in den Unfiltratpuffertank (3) von unten hineinragt, derart dass Sediment durch das Ablaufrohr (4b) ablaufen kann und/oder durch einen Bereich (4c) zwischen dem Ablaufrohr (4b) und dem Unfiltratpuffertank (3), wobei vorzugsweise über Ventile (60a, 60b), insbesondere Regelventile, einstellbar ist, ob Sediment durch das Ablaufrohr (4b) und/oder den Bereich (4c) zwischen dem Ablaufrohr (4b) und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank (3) abgeleitet werden soll.
  9. Verfahren zum Filtrieren von Bier, insbesondere mit einer Vorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Unfiltrat Bier aus einem Unfiltratpuffertank (3) mit mindestens einem Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n) filtriert wird und das Unfiltrat im Kreislauf dem Unfiltratpuffertank (3) als Konzentrat rückgeführt wird, wobei dem Unfiltratpuffertank (3) Unfiltrat aus einem oberen insbesondere seitlichen Auslass (5) entnommen wird und Sediment über einen unteren Ablauf (4) am unteren Ende des Unfiltratpuffertanks (3) dem Unfiltrat zumindest zeitweise zudosiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sediment geregelt zudosiert wird und insbesondere die dosierte Menge /Zeit an Sediment in Abhängigkeit eines Messwerts geregelt wird insbesondere in Abhängigkeit der Trübung oder eines dazu proportionalen Werts des Unfiltrats und/oder des Sediments und/oder in Abhängigkeit des Durchflusses, insbesondere des Unfiltrats und/oder des Sediments und/oder in Abhängigkeit eines Transmembrandrucks an mindestens einem der Module (40) einer Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c, 2n).
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Filtrationszyklus Sediment über den unteren Ablauf (4) der Unfiltratleitung (6) an dem Dosierpunkt (D) vor der Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c, 2n) zudosiert wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere am Ende eines Filtrationszyklus Unfiltrat mit Wasser, insbesondere entgastem Wasser, aus dem mindestens einen Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n) ausgeschoben wird und dabei dem Wasser Sediment aus dem unteren Ablauf (4) des Unfiltratpuffertanks (3) zudosiert wird, und insbesondere das Sediment vom unteren Ablauf (4) des Unfiltratpuffertanks (3) in einen Konzentratablauf (10) des mindestens einen Membranfilter (2) eingeleitet wird und in den Unfiltratstrom insbesondere Wasserstrom eingeleitet und filtriert wird, wobei insbesondere ein Konzentratregelventil (70) die Dosagefunktion übernimmt.
  13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12 , dadurch gekennzeichnet, dass während sich mindestens einer von mehreren Membranfiltereinheiten (2a, 2b, 2c) in einem Filtrationszyklus befindet und Unfiltrat aus den Unfiltratpuffertank (3) filtriert, kann mindestens eine andere Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c) derart betrieben werden, dass kontinuierlich Wasser, insbesondere entgastes Wasser, durch diese Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c) geleitet wird und Sediment vom unteren Ablauf (4) des Unfiltratpuffertanks (3) und/oder Hefebier oder Gelägerbier in einen Konzentratablauf (10) der entsprechenden Membranfiltereinheit (2) eingeleitet wird und in den Wasserstrom eingeleitet und filtriert wird.
  14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) während einer Filtrationszyklusreihe über ein Zeitintervall t betrieben wird bevor der Unfiltratpuffertank (3) zum Beispielentleert und die Vorrichtung (1) zum Beispiel gereinigt wird, wobei es während des Zeitintervalls t mehrere aufeinander folgende Filtrationszyklen gibt und die Partikelfracht, insbesondere Hefekonzentration in den Filtrationszyklen derart eingestellt wird, dass die maximale Partikelfracht einen Grenzwert nicht überschreitet.
  15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei der untere Ablauf (4) einen Tankauslaufstutzen umfasst in Form eines Ablaufrohrs (4b), das in den Unfiltratpuffertank (3) von unten hineinragt, derart dass Sediment durch das Ablaufrohr (4b) ablaufen kann und/oder durch einen Bereich (4c) zwischen dem Ablaufrohr (4b) und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank (3), wobei vorzugsweise über Ventile (60a, 60b), insbesondere Regelventile, einstellbar ist, ob Sediment durch das Ablaufrohr (4b) und/oder den Bereich (4c) zwischen dem Ablaufrohr (4b) und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank (3) abgeleitet werden soll, wobei vorzugsweise wenn Sediment über den Dosagepunkt D der Unfiltratleitung (6) vor dem mindestens einen Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n) zudosiert, wird Sediment aus dem Ablaufrohr (4b) abgezogen wird und wenn Sediment direkt dem Konzentratablauf (10) des mindestens einen Membranfilters (2a, 2b, 2c, 2n) zugeleitet wird, der Ablauf im Bereich (4c) zwischen dem Ablaufrohr (4b) und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank (3) verwendet wird.
  16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (13, 14) die vom unteren Ablauf (4) des Unfiltratpuffertanks (3) zum Konzentratablauf (10) des jeweiligen mindestens einen Membranfilters (2a, 2b, 2c, 2n) führt, zusätzlich ein Anschluss (81) vorgesehen ist, der mit einer Zuführung für Hefebier oder Gelägerbier, insbesondere einem Tank oder einer anderen Anlage, verbunden ist, wobei das Konzentratregelventil (70) die Dosagefunktion für das zugeführte Hefebier oder Gelägerbier übernehmen kann und/ oder ein Anschluss (82) für Wasser, insbesondere entgastem Wasser, vorgesehen ist derart, dass zusätzlich zum Unfiltrat oder alternativ zum Unfiltrat Wasser, insbesondere entgastem Wasser, durch den jeweiligen Membranfilter (2) geleitet werden kann.
  17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Unfiltrat in den Unfiltratpuffertank (3) über einen Tangentialeinlass (20) eingeleitet wird.
  18. Vorrichtung zum Filtrieren von Bier mit mindestens einem Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n), insbesondere mindestens einer Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c, 2n) mit mehreren Modulen, zur Crossflow Filtration, insbesondere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 16 bis 17, wobei der Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n) mit einer Unfiltratleitung (6, 8, 10) zum Zuführen von Unfiltrat, einer Filtratleitung (90) zum Ableiten des Filtrats und einer Rücklaufleitung (89) für Konzentrat verbunden ist, gekennzeichnet durch einen Sammeltank (55), der über die Rücklaufleitung (89) für Konzentrat und die Unfiltratleitung (6, 8, 10) und vorzugsweise zusätzlich über die Filtratleitung (90) mit dem Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n) verbunden ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammeltank (55) zusätzlich zu einem Unfiltratpuffertank (3) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise Unfiltrat durch den Unfiltratpuffertank (3) und den mindestens einen Membranfilter (2) im Kreislauf geführt werden kann, und der Sammeltank (55) vorzugsweise mit dem unteren Ablauf (4) des Unfiltratpuffertanks (3) verbunden ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventileinrichtung vorgesehen, die derart geschaltet werden kann, dass ein Medium zumindest teilweise oder vollständig über die Filtratleitung (90) und/oder die Rücklaufleitung (89) für Konzentrat in den Sammeltank (55) geleitet werden kann und/oder das Medium von dem Sammeltank (55) wieder zum Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n) geleitet werden kann, insbesondere in die Unfiltratleitung (6, 8, 10) und/oder Rücklaufleitung (89) für Konzentrat und/oder den Unfiltratpuffertank (3).
  21. Verfahren zum Filtrieren von Bier, insbesondere nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 15 mit einer Vorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Medium aus dem Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n), insbesondere Mischphasen oder Konzentrat zumindest teilweise oder vollständig über die Filtratleitung (90) und/oder die Rücklaufleitung (89) für Konzentrat in den Sammeltank (55) geleitet wird und vorzugsweise das Medium aus dem Sammeltank (55) erneut dem Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n) zugeführt wird, insbesondere in die Unfiltratleitung (6, 8, 10) und/oder Rücklaufleitung (89) für Konzentrat und/oder den Unfiltratpuffertank (3).
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